美軍量子傳感技術(shù)在情報(bào)監(jiān)視偵察（ISR）領(lǐng)域的應(yīng)用分析

在科技驅(qū)動軍事變革的時代背景下，量子傳感技術(shù)依托量子力學(xué)原理的高精度探測特性，成為軍事領(lǐng)域戰(zhàn)略競爭的關(guān)鍵焦點(diǎn)。美軍高度重視該技術(shù)在提升情報(bào)監(jiān)視偵察(ISR)能力中的核心作用，通過美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)等機(jī)構(gòu)主導(dǎo)的多項(xiàng)科研項(xiàng)目，在量子激光雷達(dá)、量子磁力計(jì)及中微子量子傳感等方向持續(xù)加大研發(fā)投入。相關(guān)技術(shù)突破不僅革新了傳統(tǒng)目標(biāo)探測與信號監(jiān)測手段，更在核活動監(jiān)測等戰(zhàn)略領(lǐng)域開拓了新路徑，對美軍構(gòu)建全域態(tài)勢感知能力、鞏固軍事技術(shù)優(yōu)勢具有深遠(yuǎn)戰(zhàn)略意義。

一、技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

量子激光雷達(dá)技術(shù)

2023年5月美英研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了量子激光雷達(dá)原型系統(tǒng)，首次成功展示了在水下實(shí)時獲取3D圖像的技術(shù)。該系統(tǒng)運(yùn)用單光子探測技術(shù)，通過綠色脈沖激光源與單光子探測器陣列的協(xié)同作用，以皮秒級計(jì)時分辨率精準(zhǔn)測量飛行時間，不僅能夠分辨毫米級細(xì)節(jié)，還可有效區(qū)分目標(biāo)反射光與水中粒子反射光。在完成實(shí)驗(yàn)室測試后，研究人員將該系統(tǒng)置于一個長4米、寬3米、深2米的水箱中進(jìn)行實(shí)際成像測試。結(jié)果顯示，在3米距離的高散射場景下，該系統(tǒng)成功驗(yàn)證了其在不同濁度環(huán)境中的成像能力。

超導(dǎo)微波單光子探測器

2025年2月6日，美研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了量子增強(qiáng)單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可從325米外分辨小至一毫米的特征，且激光功率低(不到3.5毫瓦)。該系統(tǒng)的核心部件——超導(dǎo)納米線單光子探測器，其效率達(dá)到傳統(tǒng)激光雷達(dá)的兩倍，定時分辨率至少提升了10倍。這項(xiàng)技術(shù)在安全和監(jiān)控領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景，能夠在煙霧、霧霾等復(fù)雜環(huán)境中獲取精細(xì)的3D圖像。未來，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在最遠(yuǎn)10公里的距離開展測試，并開發(fā)先進(jìn)計(jì)算方法以提高數(shù)據(jù)分析效率。

研究人員在32m外用單光子激光雷達(dá)系統(tǒng)對樂高進(jìn)行成像

量子磁力計(jì)

美國國防高級研究計(jì)劃局(DARPA)啟動的穩(wěn)定量子傳感器(RoQS)計(jì)劃，旨在開發(fā)能夠抵抗環(huán)境干擾的量子傳感器，確保其在實(shí)驗(yàn)室外穩(wěn)定運(yùn)行且靈敏度不降低，最終目標(biāo)是將這類傳感器集成到國防部平臺。2023年5月美國公司SandboxAQ發(fā)布AQNav技術(shù)，該技術(shù)采用高靈敏度量子磁力計(jì)，利用地球地殼磁場空間分布特性，結(jié)合人工智能算法與磁圖數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配分析。該技術(shù)已在多型飛機(jī)完成超200飛行小時、40余架次測試驗(yàn)證。在軍事應(yīng)用中，量子磁力計(jì)可在GPS信號受阻時提供定位支持，同時通過檢測潛艇航行產(chǎn)生的微弱磁場異常，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離目標(biāo)探測，也可用于識別埋藏的磁性武器裝備，例如：地雷、武器儲存設(shè)施。

長度約為31厘米的量子磁力計(jì)

中微子量子傳感技術(shù)

DARPA的中微子量子傳感(QuSeN)項(xiàng)目專注于研發(fā)針對核反應(yīng)堆和核材料中微子的探測器。當(dāng)前，美國中微子檢測技術(shù)存在顯著不足，難以捕捉核活動產(chǎn)生的多數(shù)中微子，存在大量監(jiān)測盲區(qū)。且現(xiàn)有探測器重達(dá)數(shù)噸，不利于大規(guī)模部署和靈活應(yīng)用，無法滿足多場景下核設(shè)施實(shí)時動態(tài)監(jiān)測需求。QuSeN項(xiàng)目旨在突破現(xiàn)有技術(shù)在靈敏度和能量分辨率上的局限，目標(biāo)是將能量閾值降至<0.5 eV，信噪比提升至>1，增強(qiáng)對微弱中微子信號的捕捉解析能力。

二、軍事應(yīng)用及未來發(fā)展方向

通過以上幾種量子傳感技術(shù)，美軍可構(gòu)建多維度ISR能力體系：量子激光雷達(dá)與超導(dǎo)微波單光子探測器實(shí)現(xiàn)水下高濁度及惡劣氣象環(huán)境下毫米級精度的目標(biāo)3D成像;量子磁力計(jì)在GPS拒止環(huán)境下提供精準(zhǔn)定位并探測潛艇、地下磁性目標(biāo);中微子量子傳感技術(shù)通過提升靈敏度與小型化，實(shí)現(xiàn)對核設(shè)備的穿透性遠(yuǎn)程偵察。這些技術(shù)協(xié)同應(yīng)用將推動美軍ISR體系向全域智能融合升級，助力其以“感知優(yōu)勢”奪取戰(zhàn)場決策主動權(quán)。

量子傳感技術(shù)賦能的未來作戰(zhàn)圖景

未來，美軍在量子傳感技術(shù)領(lǐng)域有明確的發(fā)展方向：在技術(shù)演進(jìn)方面，美軍將探索新型量子材料與架構(gòu)，提升傳感器性能指標(biāo);推動多物理量融合測量技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)更全面的信息獲取。在應(yīng)用拓展方面，一方面向太空與深海領(lǐng)域延伸，利用量子傳感器開展空間隱形目標(biāo)監(jiān)測、增強(qiáng)深海環(huán)境下的目標(biāo)探測能力;另一方面加快在戰(zhàn)術(shù)級作戰(zhàn)裝備中的應(yīng)用，為單兵作戰(zhàn)系統(tǒng)、無人機(jī)等裝備集成量子傳感設(shè)備，提升戰(zhàn)場實(shí)時偵察與目標(biāo)定位能力。同時，中微子量子傳感技術(shù)將朝著更高靈敏度、更小型化的方向發(fā)展，進(jìn)一步優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法，提高核活動監(jiān)測的及時性和準(zhǔn)確性，完善美軍核情報(bào)偵察體系。

三、總結(jié)

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境中，復(fù)雜的電磁干擾與惡劣的自然條件顯著制約了情報(bào)監(jiān)視偵察(ISR)系統(tǒng)的性能。傳統(tǒng)系統(tǒng)普遍面臨信號干擾、探測精度受限等問題，難以滿足實(shí)時、精準(zhǔn)獲取敵方動態(tài)的作戰(zhàn)需求。量子傳感技術(shù)憑借其超越傳統(tǒng)手段的探測精度與信號敏感性，成為突破ISR能力瓶頸的重要技術(shù)方向。該技術(shù)可捕獲極微弱的電磁、振動等物理信號，在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對隱蔽軍事設(shè)施、移動裝甲集群及水下潛艇等目標(biāo)的高分辨率感知，有效擴(kuò)展情報(bào)獲取的時空維度與信息密度。

美軍將量子傳感技術(shù)定位為未來戰(zhàn)場ISR能力升級的核心技術(shù)支撐。美國防部已將量子信息技術(shù)納入六大顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，通過專項(xiàng)資金投入與政策引導(dǎo)，加速推動該技術(shù)向軍事ISR領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。美國陸軍、海軍等軍種及國防科研機(jī)構(gòu)通過產(chǎn)學(xué)研協(xié)同機(jī)制，一方面加強(qiáng)與科研院所、企業(yè)的技術(shù)合作以推進(jìn)量子傳感器研發(fā)，另一方面部署專項(xiàng)計(jì)劃，例如DARPA的QuSeN項(xiàng)目，旨在突破量子傳感器在復(fù)雜環(huán)境下的精度瓶頸并加速其軍事場景適配。

美軍技術(shù)轉(zhuǎn)化的核心目標(biāo)是將量子傳感技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室原型轉(zhuǎn)化為實(shí)戰(zhàn)化ISR裝備，他們深知，這不僅是一次技術(shù)層面的重大突破，更是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略超越的重要契機(jī)。未來，量子傳感技術(shù)將深度融入電子對抗、隱形目標(biāo)探測及精確制導(dǎo)等作戰(zhàn)環(huán)節(jié)，通過提升戰(zhàn)場態(tài)勢感知的實(shí)時性與精確性，優(yōu)化作戰(zhàn)決策效率與打擊效能。隨著技術(shù)成熟度提升與應(yīng)用場景拓展，量子傳感技術(shù)或?qū)⒅厮苊儡奍SR體系的技術(shù)架構(gòu)，并對全球軍事力量對比產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性影響。(北京藍(lán)德信息科技有限公司)

參考資料

https://www.usmcu.edu/Outreach/Marine-Corps-University-Press/Expeditions-with-MCUP-digital-journal/Quantum-Technology-and-the-Military/

https://www.optica.org/about/newsroom/news_releases/2023/may/quantum_lidar_prototype_acquires_real-time_3d_imag/

https://www.bajr.org/single-photon-lidar-delivers-detailed-3d-images-at-distances-up-to-1-kilometer/

https://www.darpa.mil/research/programs/qusen